JP3851082B2

JP3851082B2 - 非水電解液二次電池

Info

Publication number: JP3851082B2
Application number: JP2000389100A
Authority: JP
Inventors: 宏之秋田; 広一佐藤; 俊之能間; 育郎米津
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JP2002190325A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶内に発電要素となる電極体が収容されて、該電極体が発生する電力を外部へ取り出すことが可能な非水電解液二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯型電子機器、電気自動車等の電源として、大きなエネルギー密度を有するリチウム二次電池が使用されている。
【０００３】
リチウム二次電池は、例えば図４に示す様に、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(１)の内部に、図６に示す巻き取り電極体(２)を収容して構成されている。両蓋体(12)(12)には、図５に示す正負一対の電極端子機構(４)(４)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)と各電極端子機構(４)とが、複数の集電タブ(３)を介して互いに接続されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(４)(４)から外部に取り出すことが可能となっている。電池缶(１)内の巻き取り電極体(２)は、電解質を溶媒に溶解してなる電解液に浸漬されている。各蓋体(12)には、ガス排出孔(17)と注液孔(18)が開設され、該ガス排出孔(17)にはガス排出弁(13)が取り付けられると共に、該注液孔(18)にはねじ栓(14)がねじ込まれている。
【０００４】
巻き取り電極体(２)は、図６に示す様に、正極(21)と、非水電解液が含浸されたセパレータ(22)と、負極(23)とを重ね合わせ、これらを渦巻状に巻回して構成されている。正極(21)及び負極(23)からは夫々複数本の集電タブ(３)が引き出され、図５に示す様に極性が同じ複数本の集電タブ(３)の先端部が１つの電極端子機構(４)に接続されている。尚、図５においては、便宜上、一部の集電タブ(３)の先端部が電極端子機構(４)に接続されている状態のみを示し、他の集電タブ(３)については、先端部が電極端子機構(４)に接続されている状態の図示を省略している。
【０００５】
一対の電極端子機構(４)(４)はそれぞれ、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられたねじ部材(５)を具え、ねじ部材(５)の基端部には鍔部(51)が形成されている。蓋体(12)の貫通孔には、一対の絶縁部材(６)(61)が装着され、更に、絶縁部材(６)とねじ部材(５)の鍔部(51)との対向面間、並びに絶縁部材(６)と蓋体(12)との対向面間には、Ｏリング(82)(83)が介装され、蓋体(12)とねじ部材(５)の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。ねじ部材(５)には、電池缶(１)の外側から座金(71)及びスプリングワッシャ(72)が嵌められると共に、ナット(７)が螺合されている。そして、ナット(７)を締め付けて、ねじ部材(５)の鍔部(51)と座金(71)によって絶縁部材(６)(61)を狭圧することにより、シール性を高めている。
【０００６】
正極側のねじ部材(５)は、正極電位において電解液中で安定な、即ち電解液中に溶出する虞のない材質を用いて形成する必要があり、例えばアルミニウムを用いて作製されている。
又、負極側のねじ部材(５)は、負極電位において電解液中で安定であり、然も導電率が大きい銅を用いて作製されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
各電極端子機構(４)(４)においては、ねじ部材(５)が電流経路となる。ここで、アルミニウムの導電率は３.６４×１０^７Ｓ／ｍ［２０℃］であり、銅の導電率は５.８１×１０^７Ｓ／ｍ［２０℃］である。従って、従来のリチウム二次電池においては、正極側のねじ部材の導電率が、負極側のねじ部材の導電率より小さく、これが電流経路の抵抗が大きくなる原因、即ち電池の内部抵抗が大きくなる原因となっている。
本発明の目的は、正極側の電極端子機構の構成部材が導電率の大きな材質で形成されて、電池の内部抵抗が小さく、且つ、正極側の電極端子機構の構成部材が電解液中に溶出することのない非水電解液二次電池を提供することである。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る非水電解液二次電池においては、電池缶の内部に、正極と負極の間に電解液を含むセパレータを介在させてこれらを積層してなる電極体が収納され、該電極体が発生する電力を正負一対の電極端子機構から外部へ取り出すことが出来る。正極側の電極端子部は、電池缶を貫通して取り付けられた電極端子機構によって構成され、該電極端子機構を構成する複数の部材の内、電流経路となる１或いは複数の構成部材の表面には、少なくとも電池缶の内部に位置して電解液が付着する虞がある領域に、アルミニウム又はその合金からなる被覆層が形成され、該１或いは複数の構成部材は、銅又はその合金を用いて形成され、負極側の電極端子部となる電極端子機構の構成部材は、銅又はその合金を用いて形成されている。
【０００９】
上記本発明の非水電解液二次電池において、正極側の電極端子機構を構成する前記１或いは複数の構成部材は、被覆層の材質であるアルミニウムよりも導電率が大きい銅又はその合金を用いて形成されているので、アルミニウム製の構成部材に比べて電気抵抗が小さくなる。又、被覆層を形成するアルミニウム又はその合金は正極電位において電解液中に溶出することがないので、被覆層に欠陥が生じることはなく、従って、電解液中で不安定な銅又はその合金からなる構成部材に電解液が付着して構成部材の一部が電解液中に溶出する虞はない。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の非水電解液二次電池において、正極側の電極端子機構を構成する複数の部材の内、電流経路となる１或いは複数の構成部材には、電解液中での安定性を問わず導電率が大きな材質を用いることが出来る。従って、正極側の電極端子機構の構成部材の電気抵抗が従来よりも小さくなり、この結果、電池の内部抵抗が小さくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
［比較例電池１］
比較例電池１としてのリチウム二次電池は、図４に示す如く、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を溶接固定してなる筒状の電池缶(１)の内部に、図６に示す巻き取り電極体(２)を収容して構成されている。
両蓋体(12)(12)には、図１に示す正負一対の電極端子機構(４)(４)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)と両電極端子機構(４)(４)とがそれぞれ、複数の集電タブ(３)を介して互いに接続されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(４)(４)から外部に取り出すことが可能となっている。
電池缶(１)内の巻き取り電極体(２)は、電解質を溶媒に溶解してなる電解液に浸漬されている。又、蓋体(12)にはガス排出孔(17)が開設され、ガス排出弁(13)が取り付けられると共に、注液孔(18)が開設され、ねじ栓(14)がねじ込まれている。尚、図１においては、便宜上、一部の集電タブ(３)の先端部が、電極端子機構(４)に接続されている状態のみを示し、他の集電タブ(３)については、先端部が電極端子機構(４)に接続されている状態の図示を省略している。
【００１２】
電極端子機構(４)は、図１に示す様に、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられたねじ部材(５)を具え、該ねじ部材(５)は、ねじ軸部(52)と該ねじ軸部(52)の基端部に形成された鍔部(51)とから構成されている。蓋体(12)の貫通孔には、一対の絶縁部材(６)(61)が装着され、更に、絶縁部材(６)と蓋体(12)との対向面間、並びに絶縁部材(６)とねじ部材(５)の鍔部(51)との対向面間には、Ｏリング(82)(83)が介装され、蓋体(12)とねじ部材(５)との間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。
ねじ部材(５)には、電池缶(１)の外側から座金(71)及びスプリングワッシャ(72)が嵌められると共に、ナット(７)が螺合されている。そして、ナット(７)を締め付けて、ねじ部材(５)の鍔部(51)と座金(72)によって絶縁部材(６)(61)を狭圧することにより、シール性を高めている。
【００１３】
正極側のねじ部材(５)は銀製であり、負極側のねじ部材(図示省略)は銅製である。更に、正極側のねじ部材(５)の表面の内、電池缶(１)の内部に位置して、電解液が付着する虞のある領域、即ち、ねじ部材(５)の鍔部(51)の表面及びねじ軸部(52)の基端部の表面には、正極電位において電解液中に溶出することのないアルミニウム製の被覆層(９)が形成されている。尚、被覆層(９)は、イオンプレーティング法によって形成され、その厚さは、約５０μｍである。
【００１４】
上記正極側の電極端子機構(４)の表面の内、ねじ部材(５)の鍔部(51)の表面及びねじ軸部(52)の基端部の表面には、正極電位において電解液中に溶出することのないアルミニウム製の被覆層(９)が形成されているので、該被覆層(９)に欠陥が生じて電解液が被覆層(９)に浸透する虞はない。従って、電解液が銀製のねじ部材(５)に付着することはなく、正極電位においてねじ部材(５)から電解液中に銀が溶出することはない。更に、銀は金属の中で十分に導電率が大きいので、正極側の電極端子機構(４)の電流経路であるねじ部材(５)の電気抵抗は充分に小さくなる。
【００１５】
比較例電池１の製造方法について説明する。
銀を材料として、図２に示す正極側のねじ部材(５)を作製する。そして、該ねじ部材(５)の表面の内、鍔部(51)の表面及びねじ軸部(52)の基端部の表面に、アルミニウムを材料とするイオンプレーティングを施して、図３に示す被覆層(９)を形成する。
次に、図１に示す如く、蓋体(12)と絶縁部材(６)の対向面間にＯリング(83)を介装すると共に、一対の絶縁部材(６)(61)の貫通孔にねじ軸部(52)を挿通し、鍔部(51)と絶縁部材(６)の対向面間にＯリング(82)を介装する。
その後、ねじ軸部(52)に座金(71)及びスプリングワッシャ(72)を嵌め、ナット(７)を螺合せしめ、正極側の電極端子機構(４)を組み立てる。尚、ねじ部材(５)を除く金属製の各構成部材はアルミニウム製である。
【００１６】
一方、負極側の電極端子機構は、前記正極側の電極端子機構(４)と同様に作製するが、金属製の各構成部材は銅製であり、ねじ部材に被覆層は形成されていない。
又、各蓋体(12)のガス排出孔(17)の開口縁には、アルミニウム製のガス排出弁(13)を溶接固定する。
【００１７】
図６に示す巻き取り電極体(２)を次の様にして作製する。コバルト酸リチウムを含む正極活物質(24)をアルミニウム箔の帯状芯体(25)に塗布して、正極(21)を作製する。又、炭素粉末を含む負極活物質(26)を銅箔からなる帯状芯体(27)に塗布して、負極(23)を作製する。そして、正極(21)と負極(23)の間にセパレータ(22)を挟んで重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻き取って、巻き取り電極体(２)を作製する。尚、正極(21)にはアルミニウム製の複数の集電タブ(３)を連結し、負極(23)には銅製の複数本の集電タブ(３)を連結する。
【００１８】
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で１：１の割合に混合して作製された混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの割合で溶解して、電解液を調製する。
【００１９】
そして、次の様にして電池の組み立てを行なう。先ず、巻き取り電極体(２)から伸びている集電タブ(３)の先端部を、各蓋体(12)に取り付けられているねじ部材(５)の鍔部(51)に溶接する。次に、筒体(11)の内部に巻き取り電極体(２)を収容して、筒体(11)の両開口部に蓋体(12)(12)を溶接固定する。
続いて、一方の蓋体(12)の注液孔(18)にねじ栓(14)をねじ込み、他方の蓋体(12)の注液孔(18)から電池缶(１)内に、電解液を注入する。最後に、該注液孔(18)にねじ栓(14)をねじ込んで、比較例電池１を完成する。尚、電池の外形寸法は、直径５７ｍｍ、高さ２２０ｍｍである。
【００２０】
上記比較例電池１においては、正極側の電極端子機構(４)の内、電流経路となるねじ部材(５)が銀製であり、従来のアルミニウム製のねじ部材に比べて導電率が大きい材質で形成されているので、電池の内部抵抗が小さくなる。
又、該ねじ部材(５)の表面の内、電解液と接触する虞のある領域には、正極電位において電解液中に溶出することがないアルミニウム製の被覆層(９)が形成されている。従って、ねじ部材(５)を形成する銀が電解液と接触する虞はなく、電解液中に溶出することはない。
【００２１】
［比較例電池２］
比較例電池２においては、正極側のねじ部材の表面の内、電解液と接触する虞のある領域に、チタンを用いて被覆層が形成されている。それ以外は、比較例電池１と同様の構成であり、比較例電池１と同様にして電池を組み立てる。
［比較例電池３］
比較例電池３においては、正極側のねじ部材の表面の内、電解液と接触する虞のある領域に、ステンレス鋼を用いて被覆層が形成されている。それ以外は、比較例電池１と同様の構成であり、比較例電池１と同様にして電池を組み立てる。
【００２２】
［実施例電池４］
本発明の実施例である実施例電池４においては、正極側のねじ部材が銅製であり、正極側のねじ部材の表面の内、電解液と接触する虞のある領域に、アルミニウムを用いて被覆層が形成されている。それ以外は、比較例電池１と同様の構成であり、比較例電池１と同様にして電池を組み立てる。
［比較例電池５］
比較例電池５においては、正極側のねじ部材の表面の内、電解液と接触する虞のある領域に、チタンを用いて被覆層が形成されている。それ以外は、実施例電池４と同様の構成であり、実施例電池４と同様にして電池を組み立てる。
［比較例電池６］
比較例電池６においては、正極側のねじ部材の表面の内、電解液と接触する虞のある領域に、ステンレス鋼を用いて被覆層が形成されている。それ以外は、実施例電池４と同様の構成であり、実施例電池４と同様にして電池を組み立てる。
【００２３】
［比較例電池７］
比較例電池７においては、正極側のねじ部材が金製であり、正極側のねじ部材の表面の内、電解液と接触する虞のある領域に、アルミニウムを用いて被覆層が形成されている。それ以外は、比較例電池１と同様の構成であり、比較例電池１と同様にして電池を組み立てる。
［比較例電池８］
比較例電池８においては、正極側のねじ部材の表面の内、電解液と接触する虞のある領域に、チタンを用いて被覆層が形成されている。それ以外は、比較例電池７と同様の構成であり、比較例電池７と同様にして電池を組み立てる。
［比較例電池９］
比較例電池９においては、正極側のねじ部材の表面の内、電解液と接触する虞のある領域に、ステンレス鋼を用いて被覆層が形成されている。それ以外は、比較例電池７と同様の構成であり、比較例電池７と同様にして電池を組み立てる。
【００２４】
上記比較例電池２、３、実施例電池４、比較例電池５〜９の各電池においては夫々、正極側のねじ部材が導電率の大きい材質を用いて形成されると共に、正極電位において電解液中に溶出することのない材質を用いて被覆層が形成されている。従って、比較例電池１と同様の効果を得ることが出来る。
【００２５】
［実験］
本発明の効果を確認するべく、上記比較例電池１〜３、実施例電池４、比較例電池５〜９の各電池を作製すると共に、下記従来電池を作製し、各電池の内部抵抗を測定した。
【００２６】
従来電池においては、正極側のねじ部材をアルミニウム製として、被覆層を形成しなかった。それ以外は、比較例電池１と同様の構成であり、比較例電池１と同様にして従来電池を組み立てた。
【００２７】
各電池の内部抵抗の測定結果を表１に示す。
【表１】

【００２８】
表１に示す結果から明らかな様に、各比較例電池１〜３、５〜９及び実施例電池４の内部抵抗は、従来電池の内部抵抗に比べて小さくなっている。
これは、各比較例電池１〜３、５〜９及び実施例電池４の正極側のねじ部材が、アルミニウムの導電率よりも大きい導電率を有する金属を用いて形成されているため、正極側のねじ部材の電気抵抗が従来電池よりも小さくなったためである。
そして、本発明の実施例電池４の内部抵抗は、比較例電池１〜３、５〜９の内部抵抗よりも更に小さくなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非水電解液二次電池の電極端子機構の断面図である。
【図２】該電極端子機構を構成するねじ部材の断面図である。
【図３】被覆層が形成されたねじ部材の断面図である。
【図４】従来電池の外観を示す斜視図である。
【図５】該電池の電極端子機構の断面図である。
【図６】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【符号の説明】
(１) 電池缶
(２) 巻き取り電極体
(３) 集電タブ
(４) 電極端子機構
(５) ねじ部材
(51) 鍔部
(52) ねじ軸部
(６) 絶縁部材
(７) ナット
(９) 被覆層

Claims

電池缶の内部に、正極と負極の間に電解液を含むセパレータを介在させてこれらを積層してなる電極体が収納され、該電極体が発生する電力を正負一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る非水電解液二次電池において、正極側の電極端子部は、電池缶を貫通して取り付けられた電極端子機構によって構成され、該電極端子機構を構成する複数の部材の内、電流経路となる１或いは複数の構成部材の表面には、少なくとも電池缶の内部に位置して電解液が付着する虞がある領域に、アルミニウム又はその合金からなる被覆層が形成され、該１或いは複数の構成部材は、銅又はその合金を用いて形成され、負極側の電極端子部となる電極端子機構の構成部材は、銅又はその合金を用いて形成されていることを特徴とする非水電解液二次電池。